(57)【要約】【課題】ダイヤフラムの破損を液状のプロセス流体が汚染される以前に検知できるダイヤフラム弁を提供する。【解決手段】ダイヤフラム弁１は、弁操作を行う弁操作部２０と、弁操作部２０の操作に連動して弁本体１０内の流路１１を開閉するダイヤフラム３０とを備え、ダイヤフラム３０を弁本体１０内の流路１１に露出して流路１１を流通する液状の流体に接触する導電性の接液シート３１と、接液シート３１が流路１１に露出した面とは反対側の面に設けた緩衝部材３２と、緩衝部材３２と接液シート３１との間に離隔して介装した２つの導電性の電極部材３３とから構成し、弁操作部２０の操作によって接液シート３１を流路１１内の対壁側に当接および離隔可能に変位させて、弁本体１０内の流路１１を開閉するものであり、流体が緩衝部材３２側に漏れ出るような接液シート３１の破損の有無を電極部材３３間の電気抵抗の変化を測定して検知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状の流体が流通する管路に配設されて、該管路を流通する前記流体の流量を調整するためのダイヤフラム弁において、
弁の操作を行う弁操作部と、該弁操作部の操作に連動して弁本体内の流路を開閉するダイヤフラムとを備え、
前記ダイヤフラムは、前記弁本体内の流路に露出して該流路を流通する流体に接触する導電性の接液シートと、該接液シートが前記流路に露出した面とは反対側の面に設けた緩衝部材と、該緩衝部材と前記接液シートとの間に介装し、互いに離隔させた２つの導電性の電極部材と、を有し、
前記弁操作部は、前記ダイヤフラムの接液シートを前記流路内の対壁側に当接および離隔可能に変位させて、前記弁本体内の流路を開閉するものであり、
前記電極部材間の電気抵抗を測定することにより、前記流体が前記緩衝部材側に漏れ出るような前記接液シートの破損を前記電気抵抗の変化から検出可能としたことを特徴とするダイヤフラム弁。
【請求項２】
前記電極部材は、板体または板状に広がる網状体であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤフラム弁。
【請求項３】
前記電極部材と前記緩衝部材との間にさらに前記接液シートと同質の弁シートを介装したことを特徴とする請求項１または２に記載のダイヤフラム弁。
【請求項４】
液状の流体が流通する管路に配設されて、該管路を流通する前記流体の流量を調整するためのダイヤフラム弁のダイヤフラム破損検出方法であって、
弁本体内の流路に露出して該流路を開閉するダイヤフラムの接液シートの前記流路側とは反対側に互いに離隔して配設した電極間の電気抵抗を測定し、
前記電気抵抗の値が変化したときに、前記接液シートに破損が発生したと判断することを特徴とするダイヤフラム弁のダイヤフラム破損検出方法。
【請求項５】
液状の流体製品を生産する生産プロセスまたは製品を流体で処理する処理プロセスを有する生産プラントにおけるプロセス制御システムにおいて、
前記生産プロセスまたは処理プロセスにおける前記流体が流通する流路に前記流体の流量を調整するための前記請求項１から３の何れか一項に記載されたダイヤフラム弁を備え、
前記ダイヤフラム弁の前記電極部材の電気抵抗の変化を検出し、電気抵抗のデータをプロセス全体の流路制御の要素として加えることにより、大事に至る以前にダイヤフラム弁の破損を検知して、メンテナンスを含めた流路制御の集中管理を可能としたプロセス制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流通する管路に配設されて、該管路を流通する前記流体の流量を調整するためのダイヤフラム弁、該ダイヤフラム弁のダイヤフラム破損検出方法およびプロセス制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ダイヤフラム弁は、バイオテクノロジー分野の研究や、醗酵製品、食品、半導体、医薬品、化粧品等の生産プロセスにおいて流体の流量を調整するための高性能のバルブとして使用されて来た。これらの研究や生産プロセスでは、弁の開閉操作が繰り返し行われるので、使用時間の経過と共に流体に接する液接部のダイヤフラムに破損が生じる可能性が高くなることは避け得ない。
【０００３】
このため、従来は、ダイヤフラムが破損する度にダイヤフラムの交換を行っていた。ところが生産プロセスの運転中に接液部のダイヤフラムが破損すると破損箇所から流路全体に異物の混入汚染が生じるため、研究や生産プロセスを最初からやり直さなければならず、大きな損失が生じていた。
【０００４】
また、近年、半導体、バイオ、医薬品等の生産プロセスで使用される弁に必要とされる条件として、例えば次のようなものが挙げられる。  
１）流体である生産物を汚染しないこと。  
２）正確な流量制御ができること。すなわち、流路の確実な開閉ができること。  
３）弁の上流および下流の流路に液溜り部が生じないこと。  
４）流路が平滑で、生産物の流体に適合した材質のものが使用されること。  
５）洗浄のためのスチームや熱水による加熱および滅菌が行える材質であること。  
６）装置の洗浄、分解、点検、ダイヤフラムの交換等が容易であること。
【０００５】
また、前記のような生産プロセス等では、長期間の連続運転が要求されるとともに、装置の大型化並びにダイヤフラムの破損が大事に至る前での予測や保全技術への要求が高まっている。
【０００６】
このような生産プロセスにおける従来の設備管理は、一般的に建設管理、保全管理と言われて来たが、近年、企業資源計画システムとして、企業が有する資源を最適活用するための予測保全技術管理システムが必要となって来た。これは、装置全体の劣化防止および保全がその装置のランニングコストに大きな影響を及ぼしているからである。このためバイオ、食品、半導体、医薬品産業等に係る生産プロセスに必要なサニタリー弁としてのダイヤフラム弁について、その破損が大事に至る以前に破損の予測や予防を可能とする技術は、大変に有益かつ必要である。
【０００７】
従来のダイヤフラム弁のダイヤフラムは、弁本体の弁座に押し付けられるように構成されており、このダイヤフラムを弁座に当接および離隔させることにより、弁の開閉、流量調整を行うようになっている。一般的なダイヤフラムは、生産されるプロセス流体と接触する接液面の材質としてＰＴＦＥ材のシートが使用されており、生産されるプロセス流体への不純物の混入を防いでいる。また、ダイヤフラムの接液面は、弁座に繰り返し押し付けられるため、いずれは破損が生じる。このとき、プロセス流体は、ＰＴＦＥシートの破損部から漏れて、緩衝部材として備えているゴム部材面に侵入するので、ゴム部材面からの汚染物質によってプロセス流体の汚染が発生する。
【０００８】
ダイヤフラム弁は、ダイヤフラムの材質や機能についてはこれまでも良く研究されているが、生産プロセスでの使用における経時変化によってダイヤフラムに破損が生じるようになることは避けられない。このためダイヤフラムの破損による生産プロセス全体へのダメージを防ぐためには、その破損が大事に至る以前の状態のときに検知することが必要である。
【０００９】
ダイヤフラム弁の破損や漏れの検出としては、例えば特許文献１のような技術が提案されている。この技術は、流路を流れる流体がダイヤフラムの破損等によって外部へ漏れた際にこれを早急に検知できるようにすることを目的としたものであり、ダイヤフラムを境にして流路とは反対側の空隙に連通する孔をダイヤフラム弁の外面に形成し、ダイヤフラム弁のダイヤフラムに破損が生じると流路を流れる流体が孔を通過して外部へ漏洩するようにし、外部へ漏洩した流体を孔内に取付けた漏洩検知部材によって検知することによって破損を検知できるようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１２６６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、流路を流れる流体が気体であればダイヤフラムの破損の際に即座に検出できても、流体が液体である場合には、流体の粘性によっては、流体が孔を通過して外部に確実に漏洩するか否か分からず、また、液体が外部に確実に漏洩する程度の粘性であるとしても、外部に漏洩したときには破損が発生してからの時間経過によってダイヤフラムの破損が既に相当に大きくなっており、前記のようにダイヤフラムの破損による生産プロセス全体へのダメージが大きくなってしまっているという問題点がある。
【００１２】
また、孔を設けるのでダイヤフラム弁の構造が複雑になり、それだけ製造コストが上がるという問題点もある。
【００１３】
本発明は、このような従来のダイヤフラム弁が有する問題点に着目してなされたもので、液状の流体が流通するダイヤフラム弁のダイヤフラムに破損が発生したときに、その破損に起因して液状の流体が汚染されてしまう以前にダイヤフラムの破損を検知できるダイヤフラム弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］  液状の流体が流通する管路に配設されて、該管路を流通する前記流体の流量を調整するためのダイヤフラム弁（１）において、
弁の操作を行う弁操作部（２０）と、該弁操作部（２０）の操作に連動して弁本体（１０）内の流路（１１）を開閉するダイヤフラム（３０）とを備え、
前記ダイヤフラム（３０）は、前記弁本体（１０）内の流路（１１）に露出して該流路（１１）を流通する流体に接触する導電性の接液シート（３１）と、該接液シート（３１）が前記流路（１１）に露出した面とは反対側の面に設けた緩衝部材（３２）と、該緩衝部材（３２）と前記接液シート（３１）との間に介装し、互いに離隔させた２つの導電性の電極部材（３３）と、を有し、
前記弁操作部（２０）は、前記ダイヤフラム（３０）の接液シート（３１）を前記流路（１１）内の対壁側に当接および離隔可能に変位させて、前記弁本体（１０）内の流路（１１）を開閉するものであり、
前記電極部材（３３）間の電気抵抗を測定することにより、前記流体が前記緩衝部材（３２）側に漏れ出るような前記接液シート（３１）の破損を前記電気抵抗の変化から検出可能としたことを特徴とするダイヤフラム弁（１）。
【００１５】
［２］  前記電極部材（３３）は、板体または板状に広がる網状体であることを特徴とする項［１］に記載のダイヤフラム弁（１）。
【００１６】
［３］  前記電極部材（３３）と前記緩衝部材（３２）との間にさらに前記接液シート（３１）と同質の弁シートを介装したことを特徴とする項［１］または［２］に記載のダイヤフラム弁（１）。
【００１７】
［４］  液状の流体が流通する管路に配設されて、該管路を流通する前記流体の流量を調整するためのダイヤフラム弁のダイヤフラム破損検出方法であって、
弁本体（１０）内の流路（１１）に露出して該流路（１１）を開閉するダイヤフラム（３０）の接液シート（３１）の前記流路側とは反対側に互いに離隔して配設した電極間の電気抵抗を測定し、
前記電気抵抗の値が変化したときに、前記接液シート（３１）に破損が発生したと判断することを特徴とするダイヤフラム弁（１）のダイヤフラム破損検出方法。
【００１８】
［５］  液状の流体製品を生産する生産プロセスまたは製品を流体で処理する処理プロセスを有する生産プラントにおけるプロセス制御システム（１００）において、
前記生産プロセスまたは処理プロセスにおける前記流体が流通する流路（１１１）に前記流体の流量を調整するための前記項［１］から［３］の何れか一項に記載されたダイヤフラム弁（１）を備え、
前記ダイヤフラム弁（１）の前記電極部材（３３）の電気抵抗の変化を検出し、電気抵抗のデータをプロセス全体の流路制御の要素として加えることにより、大事に至る以前にダイヤフラム弁（１）の破損を検知して、メンテナンスを含めた流路制御の集中管理を可能としたプロセス制御システム（１００）。
【００１９】
前記本発明は次のように作用する。  
ダイヤフラム弁（１）は、液状の流体が流通する管路に配設されており、ダイヤフラム弁を通過する流体の流量は、弁操作部（２０）を操作することによって行う。弁操作部（２０）を操作すると、弁本体（１０）内の流路（１１）に露出しているダイヤフラム（３０）が連動して弁本体（１０）内の流路（１１）に出没して流路（１１）を開閉することができる。これにより、弁本体（１０）内の流路（１１）を通過する流体の流量を調節することができる。
【００２０】
ダイヤフラム（３０）は、弁本体（１０）内の流路（１１）側に露出して該流路（１１）を流通する流体に接触する接液シート（３１）と、該接液シート（３１）が流路（１１）に露出した面とは反対側の面に設けた緩衝部材（３２）と、該緩衝部材（３２）と接液シート（３１）との間に介装し、互いに離隔させた２つの導電性の電極部材（３３）とから成っている。接液シート（３１）は、サニタリー性に優れた素材から作られているので、接触する流体が接液シート（３１）側の汚染物によって汚染されることはない。
【００２１】
ダイヤフラム（３０）は、接液シート（３１）、電極部材（３３）および緩衝部材（３２）が一体になって弁操作部（２０）の操作に連動して変位する。弁操作部（２０）を操作してダイヤフラム（３０）の接液シート（３１）を流路（１１）内の対壁側に当接させると流路（１１）が遮断され、離隔させると流路（１１）が開く。
【００２２】
このような弁の開閉操作の繰り返しを長期間に亘って行うと、やがてダイヤフラム（３０）に破損が生じる。その破損が接液シート（３１）で発生するとその破損部分から流路（１１）を流れる流体がダイヤフラム（３０）内に浸潤してくる。この状態では流体が緩衝部材（３２）に接触して緩衝部材（３２）の汚染物質によって汚染されると言うことはないが、破損した状態で弁の開閉がさらに繰り返されると破損が大きくなる。すると流路（１１）を流れる流体が破損部分からダイヤフラム（３０）内に浸入して緩衝部材（３２）に接触し、再び流路（１１）に戻るようになる。こうなると緩衝部材（３２）との接触によって汚染された流体が流通してしまう。
【００２３】
本発明に係るダイヤフラム弁（１）では、ダイヤフラム（３０）がこのような状態まで破損が進む以前に、破損が発生したことを検知してダイヤフラム（３０）の交換等の対策を施すことができる。本発明に係るダイヤフラム弁（１）では、接液シート（３１）が破損して流路（１１）を流れる流体がダイヤフラム（３０）内に浸潤してくると、電極部材（３３）間に流体が存在することにより電極部材（３３）間の電気抵抗値が変化する。したがって、この電気抵抗値の変化を検出することにより、ダイヤフラム（３０）の破損が流路（１１）を流れる流体の汚染に至ってしまう以前の軽微な破損が発生した段階でその破損を発見することができる。この段階で生産プロセスの停止を短時間だけ行ってダイヤフラム（３０）の交換等の対処をするだけで、流路（１１）を流れる流体に汚染が発生することなく、生産に大きな影響を与えずに生産プロセスを継続することができる。
【００２４】
なお、電極部材（３３）は、板体または板状に広がる網状体とすることにより、厚さを薄くできるので、ダイヤフラム（３０）としてより好適である。
【００２５】
なお、流路（１１）に露出している接液シート（３１）と同質の弁シートをさらに電極部材（３３）と緩衝部材（３２）との間に介装したものでは、破損の拡大の速度が速くて破損を検知してから対処するまでの間に破損が大きくなっても、流路（１１）を流れる流体のサニタリー性の維持をより高めることができる。
【００２６】
また、接液シート（３１）はＰＴＦＥ系の素材とし、電極部材（３３）は導電性のものであり、且つ、流路（１１）を流れる流体に接触しても不活性である性質を有する素材であることがより好ましい。
【００２７】
このように、本発明に係るダイヤフラム弁（１）は、弁を流れる液状の流体に接する接液シート（３１）が破損した場合に、その破損が小さいうちに検出して、生産プラントの機能を損なうまでに至ることなく保全管理することができるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明にかかるダイヤフラム弁によれば、液状の流体に接する接液シートが破損したときに、その破損が小さいうちに検出できるので、短時間で容易にできる接液シートの交換をするだけでよい。
【００２９】
このため、ダイヤフラム弁を備える生産プラントの機能が接液シートの破損に起因する液状の流体の汚染等によって大きく損なわれてしまうことを防止でき、以て生産プラントの保守管理が容易になる。
【００３０】
また、接液シートの破損を接液シートと緩衝部材との間に介装した電極部材間の電気抵抗の変化によって検出するので、構造が簡単で安価にでき、また、破損の検出に高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態に係るダイヤフラム弁の流路を閉じた状態を示す説明図である。
【図２】図１のダイヤフラム弁の流路を開いた状態を示す説明図である。
【図３】図２の状態のダイヤフラム弁のダイヤフラムを側面方向から見たときの構造を示す説明図である。
【図４】ダイヤフラムの平面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係るダイヤフラム弁を用いた生産プラントのプロセス制御システムを示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施の形態を説明する。  
各図は本発明の一実施の形態を示している。  
図１は、本発明の一実施の形態に係るダイヤフラム弁の流路を閉じた状態を示す説明図であり、図２は、図１のダイヤフラム弁の流路を開いた状態を示す説明図である。また、図３は、図１のダイヤフラム弁のダイヤフラムを側面方向から見たときの構造を示す説明図であり、流路を閉じているときの状態が示されている。図４は、ダイヤフラムの平面図である。
【００３３】
図１および図２に示したように、ダイヤフラム弁１は、弁本体１０と該弁本体１０内の流路１１を開閉するための操作を行う弁操作部２０と、該弁操作部２０の操作に連動して弁本体１０内の流路１１を開閉するダイヤフラム３０と、から成っている。
【００３４】
弁本体１０の側面には弁座が設けられており、弁座を設けた部分の中央には弁本体１０内を臨む開口１２が穿設されている。この開口１２を完全に覆い、弁本体１０の内側を外側から完全に遮断するようにダイヤフラム３０が配設されている。弁本体１０の内部には、開口１２に相対する内壁（以下、「対壁」と記す。）側から開口１２に向かって突出した凸部１３が形成されている。
【００３５】
この凸部１３は、対壁側から頂部１３ａに向かって幅が狭くなる形状をなしている。凸部１３は、頂部１３ａが開口１２の直径方向に弁本体１０内の流路を横断するように延びている。頂部１３ａは、開口１２の直径方向上の両縁部まで延びている。その両縁部間は、緩やかな円弧状に湾曲しており、頂部１３ａは、開口１２が形成された弁座の開口面までは至っていない。すなわち、頂部１３ａと開口面までは空間が存在している。
【００３６】
開口１２の外側には、ダイヤフラム３０を挟むように弁操作部２０が装着されている。弁操作部２０は、ダイヤフラム３０を流路１１内の前記凸部１３の頂部１３ａに当接および離隔可能に変位させて、弁本体１０内の流路１１を開閉するものである。この弁操作部２０は、そのハウジングＨがボルトによって弁本体１０の弁座に着脱可能に固定されている。この弁操作部２０は、弁本体１０に固定された状態で開口１２の外側に外部から密閉された空間５０を形成する空間形成部１４を有している。
【００３７】
ハウジングＨには、ネジスピンドル２１が貫通している。このネジスピンドル２１は、弁本体１０の開口１２へ向かう方向に進退可能に取り付けられている。また、ハウジングＨの上部には、ネジスピンドル２１の進退を操作するためのハンドル２２が配設されている。このハンドル２２にはネジスピンドル２１の基端側が連結されている。ハンドル２２は、一方向にねじる様に回転させるとネジスピンドル２１が開口１２に向かって進み、反対方向に回転させるとネジスピンドル２１が開口１２から離れる方向に退くようになっている。
【００３８】
ネジスピンドル２１の先端側には弁本体１０の開口１２に向かって球面状に膨らんだ形状の押え治具２３が取り付けられている。さらにネジスピンドル２１の先端側には、この押え治具２３の先端にほぼ接する位置にダイヤフラム３０が着脱可能に取り付けられている。押え治具２３の先端の中央には、後述するダイヤフラム３０の取付ピンＰを着脱可能に受けるピン受け部が設けられている。
【００３９】
押え治具２３は、ダイヤフラム３０で弁本体１０内の流路１１を閉じるときにダイヤフラム３０を前記凸部１３の頂部１３ａに押圧するためのものである。このため、押え治具２３は硬質の素材によって作られている。
【００４０】
図３から図４までに示したように、ダイヤフラム３０は、弁本体１０の開口１２から内側の流路１１に露出して該流路１１を流通する液状のプロセス流体に接触する導電性の接液シート３１と、該接液シート３１が流路１１に露出した面とは反対側の面に設けた弾性のあるシート状の緩衝部材３２と、該緩衝部材３２と接液シート３１との間に介装した２つの互いに離隔させた導電性の電極部材３３と、を有して成る。
【００４１】
例えば醗酵製品、食品、半導体、医薬品、化粧品等の生産プロセスでは高いサニタリー性が要求されるので、これらのような生産プロセスではプロセス系全体を加熱殺菌したり、純水等による洗浄を行ったりする。したがって、これらの生産プロセスで使用されるダイヤフラム３０も高いサニタリー性が要求されるとともに、加熱殺菌や純水等による洗浄に適するものであることが必要である。そのためには、ダイヤフラム３０の素材としては略−２０℃〜＋１４３℃の温度範囲で耐寒性、耐熱性を有するものが好ましい。例えば接液シート３１にはＰＴＦＥ系の素材等が使用され、緩衝部材３２にはＥＰＤＮ系ゴム材が使用される。
【００４２】
接液シート３１は、弁操作部２０のネジスピンドル２１に面する側の中央に取付部３４を有している。この取付部３４は、ネジスピンドル２１に向かって突起しており、内部に空間が形成されている。取付部３４には、ネジスピンドル２１に連結される取付ピンＰが取付部３４から脱落せず、且つ取付ピンＰ自身の軸心を中心にした自転が可能に取付部３４を貫通して取り付けられている。この取付ピンＰは、緩衝部材３２の中央部も貫通している。取付ピンＰの先端は、ネジスピンドル２１の先端の押え治具２３に着脱可能に取り付けられる。例えば、押え治具２３に取付ピンＰの頭部の輪郭と略同一形状で同一の大きさの開口を形成し、開口の奥に取付ピンＰの頭部が回転できるような空間を形成しておけばよい。
【００４３】
接液シート３１と緩衝部材３２との間に介装され、互いに離隔するように配置される電極部材３３は、例えばカーボン、ステンレス、白金等を素材とし、これらを薄板状あるいは網状に形成したものである。電極部材３３の素材としては、例示したものに限らず、導電性があり、且つ化学的に不活性なものであれば良い。電極部材３３は、取付部３４を中心にしてその両側に離隔して２つ配置されている。２つの電極部材３３，３３は、ダイヤフラム弁１の使用状態においては、導電性のある接液シート３１に常に接触した状態が維持されている。
【００４４】
また、２つの電極部材３３，３３はそれぞれ、ダイヤフラム弁１の使用状態において、ダイヤフラム弁１のハウジングＨよりも外側に出ている端部に電気抵抗を測定するための測定用端子３３ａが設けられている。測定用端子３３ａ，３３ａは、電気抵抗を測定可能な回路装置に接続されている。これにより、２つの電極部材３３，３３間の電気抵抗を測定することができる。
【００４５】
接液シート３１に破損が無い状態では、電極部材３３，３３間の電気抵抗は、両電極部材３３，３３間に存在する気体および接液シート３１ならびに緩衝部材３２の表面抵抗となり、略一定の電気抵抗値を示す。しかしながら、例えば接液シート３１に微小のひびが入って流路１１を流れるプロセス流体が接液シート３１と緩衝部材３２との間に浸潤すると電極部材３３，３３間の電気抵抗に明確な有意の変化が現れる。
【００４６】
このため、この電気抵抗の変化を検出することによって接液シート３１に破損が発生したことを知ることができる。したがって、生産プロセスにおいて、２つの電極部材３３，３３間に一定の電圧を加えて電気伝導度を測定することにより、接液シート３１の破損が大きくなって生産プロセスにおけるプロセス流体が汚染されるような事態に至る前にそのような事態の発生を事前に予測することができる。これにより、生産プロセスの運転管理の質をより高めることができる。
【００４７】
次に、本実施の形態に係るダイヤフラム弁１の作用について説明する。  
ダイヤフラム弁１は、大きく弁本体１０と弁操作部２０とダイヤフラム３０とに分解できる。ダイヤフラム弁１を組み立てるときは、先ず、接液シート３１、緩衝部材３２、電極部材３３を組み付けたダイヤフラム３０の取付ピンＰを弁操作部２０の押え治具２３に設けられたピン受け部に装着する。
【００４８】
次に、弁操作部２０を弁本体１０の弁座にボルトで固定する。このとき、ダイヤフラム３０は弁操作部２０のハウジングＨと弁本体１０の弁座との間に挟まれて固定される。これにより、弁本体１０の開口１２は、ダイヤフラム３０の接液シート３１によって密閉される。ダイヤフラム３０は、電極部材３３，３３の測定用端子３３ａ，３３ａを電気抵抗の測定が可能な回路装置あるいはダイヤフラム弁１が装着されている生産プロセスを管理する管理装置側に接続する。
【００４９】
プロセス流体が流通する管路に配設されたダイヤフラム弁１は、弁本体１０内の流路１１を通過するプロセス流体の流量を弁操作部２０のハンドル２２を操作することによって調節することができる。ハンドル２２を回す方向によってネジスピンドル２１が開口１２に向かう方向に進退する。このネジスピンドル２１の進退の量はハンドル２２の回転量に比例する。
【００５０】
ダイヤフラム３０は、接液シート３１、電極部材３３および緩衝部材３２が一体になって弁操作部２０の操作に連動して変位する。弁操作部２０を操作してダイヤフラム３０の接液シート３１を対壁側から流路１１内に突出している凸部１３の頂部１３ａに当接させると、頂部１３ａの湾曲に接液シート３１が密接して流路１１が遮断され、接液シート３１を頂部１３ａから離隔させると流路１１が開く。
【００５１】
図２に示したように、弁本体１０の流路１１を完全に開いた状態では、ネジスピンドル２１が弁本体１０の開口１２から離れる方向（図面上の上方）に退いている。このときダイヤフラム３０は、周縁部が弁座に固定されている一方、ネジスピンドル２１の先端に連結された取付部３４が開口１２から離れる方向に引っ張られている。これにより、ダイヤフラム３０は流路１１から退いており、流路１１は完全に開いた状態にある。
【００５２】
一方、図１に示したように弁本体１０の流路１１を完全に閉じた状態では、ネジスピンドル２１は弁本体１０の開口１２に最も近づいた位置まで進んでいる。このときダイヤフラム３０は、接液シート３１が弁本体１０内の凸部１３の頂部１３ａに対して押圧されている。ダイヤフラム３０を頂部１３ａに押圧している押え治具２３は、前記のように開口１２に向かって球面状に膨らんだ形状であるので、押え治具２３に押圧されたダイヤフラム３０の接液シート３１は、緩やかな円弧状に凹んだ頂部１３ａの全長に亘って押圧されており、頂部１３ａに密接している。これにより、流路１１は完全に塞がれている。このようにハンドル２２を回すことにより、弁本体１０内の流路１１を通過するプロセス流体の流量を調節することができる。
【００５３】
このように流量調節の度に開閉操作が繰り返されるダイヤフラム弁１は、長期間に亘って使用し続けると、凸部１３の頂部１３ａに繰り返し押圧されることによって接液シート３１が変形を起こす。そして、疲労や経時変化による材質の劣化などと相まって破損が生じることもある。接液シート３１に破損が発生すると、流路１１を流れるプロセス流体が破損部分からダイヤフラム３０内に浸潤してくる。
【００５４】
破損がまだ小さいひびのようなときは、浸潤したプロセス流体が接液シート３１に重ねられた緩衝部材３２に接触しても破損部分から流路１１内に戻ることはない。したがって、破損が小さいうちはプロセス流体が緩衝部材３２の汚染物質によって汚染されることはない。
【００５５】
しかし、破損に気がつかずに弁の開閉がさらに繰り返されると破損が大きくなる。すると流路１１を流れるプロセス流体が破損部分からダイヤフラム３０内に浸入して緩衝部材３２に接触し、再び流路１１に戻るようになる。このような状態になると、緩衝部材３２に接触したプロセス流体に緩衝部材３２の表面に付着していた汚染物質が混入してしまう。こうなるとダイヤフラム３０の交換だけでなくプロセス系を洗浄したり、滅菌したりする操作が必要となって生産プロセスの長時間に及ぶ停止を余儀なくされるので、生産性に大きな支障をきたしてしまう。しかしながら、従来は、ダイヤフラムの破損を前記のような小さいうちに発見することができなかった。
【００５６】
本発明に係るダイヤフラム弁１では、ダイヤフラム３０に微小なひびのような破損が発生し、そこからプロセス流体が緩衝部材３２側まで浸潤した段階で破損を検知することができる。破損の検知は、前記の電極部材３３，３３間の電気抵抗値を測定することによって行うが、ダイヤフラム３０に破損が無く正常の状態では、電極部材３３，３３間の電気抵抗値は一定の値を示す。
【００５７】
一方、ダイヤフラム弁１の接液シート３１に小さなひび程度の破損が発生すると、流路１１を流れるプロセス流体は、破損箇所からダイヤフラム３０内の接液シート３１と緩衝部材３２との間に浸潤してくる。この浸潤によってプロセス流体が両電極部材３３，３３間に亘ると、電極部材３３，３３間の電気抵抗値が変化する。
【００５８】
したがって、この電気抵抗値の変化を検出することにより、ダイヤフラム３０の破損を軽微な段階で発見することができる。この段階では、緩衝部材３２に接触したプロセス流体が流路１１に戻ることはないので、流路１１を流れるプロセス流体が汚染されるようになる以前にその破損を検知することができる。破損が検知されたら生産プロセスを停止させてダイヤフラム３０の交換をすればよい。ダイヤフラム３０の交換は短時間で済むので、生産プロセスの停止も短時間で済む。このため、流路１１を流れるプロセス流体が汚染されることなく、生産に大きな影響を与えずに生産プロセスを継続することができる。
【００５９】
なお、流路１１に露出している接液シート３１と同質の弁シートを電極部材３３と緩衝部材３２との間にさらに介装することにより、接液シート３１の破損の態様に関わらず、破損に対処することができる。すなわち、接液シート３１の破損の拡大の速度が速くて破損を検知してから対処するまでの間に破損が大きくなってしまった場合であっても、接液シート３１と緩衝部材３２との間に介装した弁シートによってプロセス流体が緩衝部材３２に接触することを防止できる。
【００６０】
これにより、緩衝部材３２の表面の汚染物質がプロセス流体中に混入してしまうことを防止することができる。したがって、流路１１を流れるプロセス流体のサニタリー性の維持をより高めることができる。
【００６１】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。例えば、本実施の形態においては、前記の弁シートを接液シート３１と同質のものであるとしたが、弁シートは、繰り返しの圧力曲げに対し、耐久性の高いしかもサニタリー性に優れた材質のものであれば接液シート３１とは異なる材質のものでもよい。
【００６２】
このように、本発明に係るダイヤフラム弁１は、弁を流れる流体に接する接液シート３１が破損した場合に、その破損が小さいうちに検出することができ、また、破損が大きくなってもプロセス流体が汚染される以前に破損を検出することができるので、本発明に係るダイヤフラム弁１を使用した生産プラント１１０は、ダイヤフラム弁１の破損が発生したときでも生産プロセスが損なわれることなく保全管理をすることができる。
【００６３】
なお、図５に簡略して示したように、醗酵製品、食品、半導体、医薬品、化粧品等に係る流体の製品を生産する生産プロセスまたは製品を流体で処理する処理プロセスを有する生産プラント１１０における流体が流入口Ｉから排出口Ｏまで流通する流路１１１に本発明に係るダイヤフラム弁１を配設し、該生産プラント１１０を集中管理装置によって制御するプロセス制御システム１００において、ダイヤフラム弁１からの電気抵抗のデータをプロセス全体の流路制御の要素として加えることにより、大事に至る以前にダイヤフラム弁１の破損を検知して、メンテナンスを含めた流路制御の集中管理をすることができる。
【実施例】
【００６４】
１．緒言
ダイヤフラム弁のテフロン（デュポン社の登録商標）シート部分の破損のカンチのための弁改良に関する研究を行った。  
（１）弁内に液体を保有しない場合
（２）弁内に脱イオン水を保有する場合
（３）弁内に１ＭＫＣｌ水溶液を保有する場合
に弁内のテフロンシートを２枚とし、新たに配置した２枚のチタンメッシュ電極間の電気抵抗および静電気容量をテフロンシートに変化がない場合と、破損状態にある場合について測定した。その結果、原理的には新たな弁内の２電極間の電気抵抗を測定することにより弁内のテフロンシートの破損を早期に検知する可能性を認めた。
【００６５】
２．実験方法
（１）ダイヤフラム弁
Ａ：ＢＷＺ-Ａ１-７Ｃ-Ｆ（ナット長）
Ｂ：ＢＷＺ-Ａ１-７Ｄ-Ｆ（ナット短）
（２）弁内の構造
チタンメッシュ電極：２５ｍｍ×４０ｍｍ
電極間距離：１５ｍｍ
（３）試料液
脱イオン水
１ＭＫＣｌ水溶液
比伝導率（κ）：０．１１１３／（Ω・ｃｍ）２５℃
【００６６】
３．結果
（１）各シート１枚の上に２枚のチタンメッシュ電極の距離を１５ｍｍに配置した場合の測定
結果
電極を短絡          抵抗              Ｒｓ  １１０−３５ｍΩ
Ｒｐ  １１０−３９ｍΩ
静電容量          Ｃｓ  １５−１１ｍＦ
Ｃｐ  １．４ｍＦ−１５０μＦ
測定値は、シート表面および雰囲気によるものと考えられる。
【００６７】
（２）弁に液体を保有しない場合
弁が閉じた場合
１）１回目                            ２回目
Ｒｓ  １．４ＭΩ                  １．２ＭΩ
Ｒｐ  １．６ＭΩ                  １．４ＭΩ
Ｃｓ  ２００ｐＦ                  ３００ｐＦ
Ｃｐ  ５０ｐＦ                    ３０ｐＦ
２）１回目                            ２回目
Ｒｓ  １．２ＭΩ                  １．２ＭΩ
Ｒｐ  １．４ＭΩ                  １．３ＭΩ
Ｃｓ  ３００ｐＦ                  ４００ｐＦ
Ｃｐ  ３０ｐＦ                    ２０ｐＦ
【００６８】
（３）弁内のテフロン膜破損、脱イオン水を保有する場合
弁を開いた場合
Ｒｓ  １７２．２６０ｋΩ
Ｒｐ  ２００．１７０ｋΩ
Ｃｓ  ４５．９ｎＦ
Ｃｐ  １６．３０ｐＦ
２時間後
Ｒｓ  ２５７ｋΩ
Ｒｐ  ２５５ｋΩ
Ｃｓ  １７ｎＦ
Ｃｐ  ２２ｐＦ
弁を閉じた場合
Ｒｓ  １．２ＭΩ
Ｒｐ  ２．８ＭΩ
Ｃｓ  １１０ｐＦ
Ｃｐ  ４８ｐＦ
２時間後
Ｒｓ  １．２ＭΩ
Ｒｐ  ２．８ＭΩ
Ｃｓ  １２０ｐＦ
Ｃｐ  ６５ｐＦ
【００６９】
（４）弁内のテフロンシート破損、１ＭＫＣｌ水溶液を保有する場合
１）弁を開く
Ｒｓ  ３４Ω
Ｒｐ  ４９Ω
Ｃｓ  ７．０μＦ
Ｃｐ  ２．１μＦ
弁を閉じる
Ｒｓ  ３２ｋΩ
Ｒｐ  ３２ｋΩ
Ｃｓ  １３０μＦ
Ｃｐ  ２００ｐＦ
２）２時間後
弁を開く
Ｒｓ  ４０Ω
Ｒｐ  ５４Ω
Ｃｓ  ６．８μＦ
Ｃｐ  １．７μＦ
３）４時間後
弁が開いたまま
Ｒｓ  ４３Ω
Ｒｐ  ５７Ω
Ｃｓ  ６．７μＦ
Ｃｐ  １．６μＦ
弁を閉じる
Ｒｓ  ２４ｋΩ
Ｒｐ  ２４ｋΩ
Ｃｓ  １．２μＦ
Ｃｐ  ３０μＦ
【００７０】
４．考察
３（２）の結果と３（３）および３（４）の結果から、弁内の２枚のテフロンシートの間に２つの電極をセットし、電極間の電気抵抗を測定することにより、テフロンシートの破損を検知できる可能性があると考えられる。
【００７１】
例えば
（ａ）  弁が閉じた状態では電極間のＲｓは約１．２ＭΩ
（ｂ）  弁が破損した状態で脱イオン水が混入した状態では、Ｒｓは約２６０ｋΩとなり、直流抵抗は約２２％に減少する。
【００７２】
（ｃ）  弁が破損しており、１ＭＫＣｌ水溶液が混入した状態では、Ｒｓは約４０ｋΩとなり、直流抵抗は約４％に減少する。
【００７３】
（ｄ）したがって、ＲｓまたはＲｐを測定することにより、弁内のテフロンシートの破損を感知することができる。
【符号の説明】
【００７４】
Ｈ…ハウジング
Ｉ…流入口
Ｏ…排出口
Ｐ…取付ピン
１…ダイヤフラム弁
１０…弁本体
１１…流路
１２…開口
１３…凸部
１３ａ…頂部
１４…空間形成部
２０…弁操作部
２１…ネジスピンドル
２２…ハンドル
２３…押え治具
３０…ダイヤフラム
３１…接液シート
３２…緩衝部材
３３…電極部材
３３ａ…測定用端子
３４…取付部
５０…空間
１００…プロセス制御システム
１１０…生産プラント
１１１…流路
【図１】
2013117241.tif 000003
【図２】
2013117241.tif 000004
【図３】
2013117241.tif 000005
【図４】
2013117241.tif 000006
【図５】
2013117241.tif 000007